风电工程风功率预测系统电气技术规范

实用文档风电工程风功率预测系统电气技术规范设备及外壳应可靠，无放电危险。1.2测控技术规范1.1.1总体要求1.1.1.1在系统设计时，应坚持标准化和开放性原则，选择符合开放性和国际标准化的产品和技术，选择开放性技术平台和软件架构，遵循统一的标准和规范。系统应具有数据采集、数据处理、风电功率预测、数据统计分析、数据存储、图像生成、报表管理、数据接口、系统维护等功能。数据库系统采用标准数据接口，具有与其它信息系统进行数据交换和共享的能力。1.1.1.2系统应在充分考虑风电场实际需求的前提下，把数据的安全、实时问题放到首位，做到安全实用，准确及时。1.1.1.3系统所采取的技术要求先进，符合相关技术规范的要求。1.1.1.4系统流程合理，界面友好美观。1.1.1.5系统满足国网公司Q／GDW588-2011《风电场功率预测系统功能规范》要求，技术指标达到国内先进水平。网络结构和安全防护方案满足电力二次系统安全防护规定的要求。1.1.1.6系统满足功率预测功能规范要求，其中数值天气预报、模型建立和训练以及影响精度的各种因素均由功率预测系统供方负责，系统验收以最终上报电网的精度作为考核指标。1.1.1.7不同风电场接入同一集控室中心的视为一个风功率预测单元，仅使用一套风功率预测系统。需满足一套风功率预测系统分别报送风电场各自对应的上级电网的功能。1.1.1.8不同风电场对应同一电网公司，临近的风电场按照实际地理条件视情况可以归结为一个风功率预测单元的，仅使用一套风功率预测系统。1.1.1.9考虑处理受限、风电机组故障和机组检修等非正常停机对风电场发电能力的影响，支持限电和风电机组故障等特殊情况下的功率预测。1.1.1.10考虑风电场装机扩容对发电的影响，支持不断扩建中的风电场的功率预测。1.1.1.11对于风功率预测系统预测得到的曲线，可人工修正，人工修正应设置严格的权限管理。1.1.1.12能够对预测曲线进行误差估计，预测给定置信度的误差范围。1.1.1.13风电场计划申报模块通过调度数据网II区与调度端连接，按照DL/T719-2000的要求并以E文本格式传送发电计划建议曲线。调度机构以E文本格式向风电场下达风电计划曲线。1.1.1.14风电功率预报信息的报送流程及数据交换应满足电网调度的要求。1.1.1.15月平均风电预测计划准确率大于90%，短期预测日均方根误差应小于10%。超短期预测第4h预测值月均方根误差应小于5%。1.1.2技术要求1.1.1.1预测系统软件基于B/S结构，采用Java语言开发，可以根据具体的需要采用Windows操作系统平台和Unix/Linux操作系统平台。1.1.1.2预测系统具有方便灵活的查询、统计以及图表展示功能。1.1.1.3软件适应IE6.0以上运行平台。1.1.1.4系统文档准确、详细。系统文档必须直观、准确描述系统，对功能架构、业务流程等信息准确细致描述，为系统日常应用和二次开发提供准确的依据。1.1.3功能要求1.1.3.1时间要求预测预报考核的数据应为风电场每日96个时间点的有功功率预测数据和开机容量。预测功率为风电场上报的次日00:15至24:00的96个时间点短期功率预测值。实发功率为电网调度机构能量管理系统（EMS）中风电场并网点输出功率，且与预测功率的时间相对应。前4小时到15分钟时段的超短期预测的结果不参加考核。采样间隔不大于1分钟，以15分钟的功率平均值作为考核点的实发功率样本。预测时间尺度分短期预测和超短期预测两种，短期预测为风场次日至未来72小时的功率预测，超短期预测为未来15分钟到4小时内的功率预测。日前发电功率预报信息包括次日00:15至24：00的短期预测功率及同期的预计开机容量，每日在电网调度机构规定的报送截止时间之前报送。数据的时间分辨为15分钟。日内短期预测信息和运行情况包括：（1）每15分钟滚动上报未来15分钟至4小时的风电功率预报数据，数据的时间分辨率为15分钟。（2）每15分钟上报当前时刻的开机容量。（3）每5分钟上报风电场实时测风数据。1.1.3.2空间要求对电网调度部门而言，调度的最小单位是单个风电场。因此系统的空间参数要求为：以风电场为单位统一预测。风电场预测系统应能够进行短期和超短期风电功率预测，系统应具备数据处理、功率预测、界面查询统计等功能。1.1.3.3数据准备风功率预测系统建模使用的数据应包括风电场历史功率数据、历史测风塔数据、历史数值天气预报、风电机组信息、风电机组及风电场运行状态、地形地貌等数据。1)风电场历史功率数据A投运时间不足1年的风电场应包括投运后的所有历史功率数据，时间分辨率不小于5min；B投运时间超过1年的风电场的历史功率数据应不少于1年，时间分辨率应不小于5min。2)历史测风塔数据 A测风塔位置应在风电场5km范围内；B应至少包括10m、30m、50m、70m及轮毂高度以上高程的风速和风向以及气温、气压、湿度等信息；C数据的时间分辨率不小于10min；D风机轮毂高度处数据；E数据完整性。3）历史数值天气预报历史数值天气预报数据应与历史功率数据相对应，时间分辨率应为15min，应包括至少三个不同层高的风速和风向以及气温、气压、湿度等参数。4）风电机组信息风电机组信息应包括机组类型、单机容量、轮毂高度、叶轮直径、功率曲线、并网时间、位置（经、纬度）等。5）风电机组及风电场运行状态风电机组及风电场运行状态数据应包括风电机组故障及人为停机记录、风电场开机容量和限电记录。6）地形地貌数据A地形数据应为CAD文件，包括对风电场区域周边10km范围内地势变化的描述。B地貌数据应通过实地勘测或卫星地图获取，包括对风电场区域周围20km范围内粗糙度的描述。1.1.4数据采集及处理风电功率预测系统运行需要的数据包括数值天气预报数据、实时测风塔数据、风电场实时输出功率数据、风电机组运行状态等。系统应能够完成全部数据的自动采集，也可通过手动方式录入，其中数值天气预报数据将自动定时获取。1.1.4.1实时数据的采集所有数据的采集均可自动完成，并可通过手动方式录入。1)数值天气预报必须使用风电场当地的预报数值。2)风功率预测系统所用的实时气象数据应满足以下要求；测风塔位置应在风电场外5km范围内且不受风电场尾流影响，宜在风电场主导风向的上风向；应至少包括10m、30m、50m、70m及轮毂高度以上高程的风速、风向、气温、气压、湿度等信息，时间分辨率不小于5min；风功率预测系统可通过网络向风电公司远程数据监测系统（SIS）传送风电场实时气象数据，时间间隔不大于5min。风功率预测系统可通过电力调度数据网向电网调度机构风功率预测系统传送风电场实时气象数据，时间间隔不大于5min。3)风电场实时功率数据的采集周期应小于1min，其中风功率预测系统的数据应取自所在安全区的基础数据平台；风电场端风功率预测系统的数据应取自风电场升压站计算机监控系统。4)风电机组状态数据的采集周期应小于等于15min，其中：风功率预测系统的数据应通过风电场端风功率预测系统获取；风电场端风功率预测系统的数据应取自风电场计算机监控系统。1.1.4.2数据的处理所有数据存入数据库前必须进行完整性及合理性检验，并对缺测和异常数据进行修正。1）完成性检验数据数量应等于与其记录的数据数量；数据的时间顺序应符合预期的开始、结束时间、中间应连续。2）合理性检验应对功率、数值天气预报、测风塔等数据进行越限检验，可手动设置限值范围；应对功率的变化率进行检验，可手动设置变化率限值；应对功率的均值及标准差进行检验；应对测风塔不同层高数据进行相关性检验；应根据测风数据及功率数据的关系对数据进行相关性检验。3）不合理及缺测数据的处理缺测功率数据应以前后相邻时刻的数据进行插补；大于装机容量的功率应以装机容量替代；小于零的功率应以零替代；其余不合理功率应以前一时刻功率替代；测风塔缺测及不合理数据以其余层高数据根据相关性院里进行修正；不具备修正条件的以前后相邻时刻的数据进行插补；数值天气预报缺测及不合理数据应以前后相邻时刻的数据进行插补；所有经过修成的数据应以特殊标示记录。所有缺测和异常数据均可由人工补录或修正。1.1.4.3数据的存储1)应存储系统运行期间所有时刻的数值天气预报数据；2)应存储系统运行期间所有时刻功率数据、测风塔数据、并将其转化为15min平均数据；3)应存储每次执行的短期风电功率预测的所有预测结果；4)应存储每15min滚动执行的超短期风电功率预测的所有预测结果；5)预测曲线经过人工修正后应存储修正前后的所有预测结果；6)所有数据应至少保存10年。1.1.4.4数据统计功能1)系统参与统计数据的时间范围可任意选定。2)历史功率数据统计应包括：数据完整性统计、频率分布统计、变化率统计等。历史测风数据、数值天气预报数据统计将包括：完整性统计、风速频率分布统计、风向频率分布统计等。3)风场运行参数统计应包括：发电量、有效发电时间、最大出力及其发生时间、同时率、利用小时数及平均负荷率等参数的统计，并支持自动生成报表。4)系统应统计各种参数在不同条件下的预测结果与实际发电之间的误差等参数，统计结果可以动态生成、导出，以便后续分析以及科研等工作的使用。5)系统应能够对任意时间区间的预测结果进行误差统计，误差指标将包括均方根误差率、平均绝对误差率、相关性系数等。1.1.5功率预测功能应根据风电场所处地理位置的气候特征和风电场历史数据情况，采用适当的预测方法构建特定的预测模型进行风电场的功率预测，根据预测时间尺度的不同和实际应用的具体需求，宜采用多种方法及建模。1.1.5.1预测的时间要求1)预测系统应可实现每15分钟、60分钟、24小时、48小时、72小时、168小时（或其他时间间隔）的数据自动采集、自动筛选处理、自动分析预测、自动统计导出。时间分辨率为15m分钟。2)短期风电功率预测应能够预测风电场未来0-72小时的风电输出功率，时间分辨率为15分钟。超短期风电功率预测应能够预测未来0-4小时的风电输出功率，时间分辨率为15分钟，且计算时间不超过5分钟。4)预测系统应能分析风电的各类相关参数。系统增减参数耗时将不超过10分钟，以保证15分钟预测的时效性.1.1.5.2预测的空间要求1）预测的最小单位为单个风电场。2）风电场端的风功率预测系统能够预测本风电场的输出功率。1.1.5.3系统启动方式1）短期风电功率预测应能够设置每日预测的启动时间及次数。2）短期风功率预测系统应支持自动启动预测和手动启动预测。3）超短期预测应每15min自动预测一次，自动滚动执行。1.1.6界面要求1.1.6.1展示界面应支持风电场（群）实时出力监测，以地图的形式显示各风电场的分布，地图页面应显示风电场（群）的实时功率及预测功率，页面更新周期不应超过5到10min。应支持多个风电场出力的同步监视，可同时显示系统预测曲线、实际功率曲线及预测误差带：风电公司的风功率预测系统还应能够同时显示风电场上报预测曲线。实际功率曲线需实时更新，更新周期不应超过5min。应支持不同时刻预测结果的同步显示。应支持数值天气预报数据与测风塔数据、实际功率与预测功率的对比，提供图形、表格等多种可视化手段。应支持时间序列图、风向玫瑰图、风廓线以及气温、气压、湿度变化曲线、地理图、风机列表监视图、实时和历史曲线、各曲线的对比同画面展示、日预测精度图表、月预测精度图标等，对测风塔数据和数值天气预报数据进行展示。1.1.6.2操作界面应支持预测曲线的人工修改。应具备开机容量设置、调度限电设置及查询页面。应支持异常数据定义的设置，支持异常数据以特殊标识显示。应具备系统用户添加和管理功能，支持用户级别和权限设置，至少应包括系统管理员、运行搡作人员、浏览用户等不同级别的用户权限。1.1.6.3统计查询界面1)应支持风电场基本信息的査询，风电场基本信息应包括装机容量、风电机组类型、风电机组台数、接入变电站名称、接入电压等级以及开发商等。2)应支持多预测结果的误差统计，提供表格、曲线、直方图等多种展示手段。1.1.6.4其他要求1)应具备系统运行状态监视页面，实时显示系统运行状态。2)所有的表格、曲线应同时支持打印输出和电子表格输出。1.1.7安全防护要求1.1.7.1风功率预测系统应满足电网调度机构安全防护的要求。1.1.7.2风电场的风电功率预测系统必须满足电力二次系统安全防护的有关要求，与电网调度机构的风电功率预测系统建立接口并运行于同一安全区，自动并支持手动输入向电网调度机构实时传送预测结果。1.1.8系统输出接口1.1.8.1风电场的风功率预测系统应根据要求向上级或调度机构的风功率预测系统上报次日96点风电功率预测曲线；每15min上报一次未来4h超短期预测曲线，时间分辨率不小于15min。1.1.8.2风电场的风功率预测系统向上级或调度机构的风功率预测系统上报风电功率预测曲线时，同时上报与预测曲线相同时段的风电场预计启机容量和测风数据。1.1.8.3风电场的风功率预测系统应能够向上级或调度机构的风功率预测系统实时上传风电场测风塔的测风数据，时间分辨率不大于5min。1.1.8.4风功率预测系统具备与其它经过电网调度机构以及风电公司远程监控系统认定的预测算法的通用接口。1.1.9实时测风塔技术性能指标1.1.9.1一般指标a）系统性能指标应满足业务监测规定要求；b）系统可靠性高，监测数据可信，采集数据的完整率在98%以上，有效数据的完整率在90%以上；c）系统结构简单、牢靠耐用，能够长时间连续稳定运行；系统操作和维护方便，具有详细的技术及操作手册。风电场测风塔数据采集系统改造应满足项目当地电网调度对风电场风功率预测系统系统的要求；满足国家电网公司颁布的《风电场接入电网技术规定》中的相关要求；实现与风电场风功率预测系统的可靠通信。1.1.9.2系统构成风能监测系统主要由传感器、数据采集器、通信传输、电源和相关软件组成。监测系统传感器包括常规风向风速传感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器等，其余传感器为通用传感器，各传感器的安装高度要符合相关规定要求；数据采集器负责各气象要素的采集、处理、存储和管理工作；通信传输系统负责监测数据的远程传输工作，风能监测系统要求采用光缆传输方式，数据传输速率和误码率要求满足业务监测要求；系统电源负责整个监测仪器设备的供电工作，风能监测系统要求采用太阳能供电方式，电池效能和容量满足30天无日照使用要求。系统软件主要包括嵌入式软件、通信控制软件和用户终端软件三部分：其中嵌入式软件安装在采集器上，具体实现采集器的各项功能（包括数据上传）；通信控制软件安装在升压站监控室，负责数据的接收、存储和上传，负责监测系统运行状态的监视和控制（包括测风塔采集器校时、通信参数设置等）；用户终端软件安装在用户计算机平台上，负责监测数据的显示、数据格式转换和其它基本处理工作。1.1.9.3风功率预测系统数据准备风电功预测系统建模使用的数据应包括风电场历史功率数据、历史测风塔数据、历史数值气预报、风电机组信息、风电机组及风电场运行状态、地形地貌等数据。1）风电场历史功率数据风电场的历史功率数据应不少于1年，时间分辨率应不小于5min2）历史测风塔数据风电场应具备至少一种数值天气预报和一座测风塔。测风塔的数量应满足本工程本期及终期的要求。1.1.9.4测风塔安装时应设在最能代表风电场风能资源的位置上，对具体安装位置现场实际情况而定。1）位置及数量测风塔位置应在风电场外1~5km范围内且不受风电场尾流影响，宜在风电场主导风向的上风向，位置应具有代表性。测量位置数量依风场地形复杂程度而定：对于地形较为平坦的风场，可选择一处安装测量设备；对于地形较为复杂的风场，应选择两处及以上安装测风设备。2）测量参数a5min平均风速：每秒采样一次，自动计算和记录5分钟的算术平均值和5分钟的风速标准偏差；以5分钟平均值计算小时平均值，m/s。b小时平均风速：通过5min平均风速值获取每小时的平均风速，m/s。c极大风速：每3s采样一次的风速的最大值，m/s。d风向采样：与风速同步采集的该风速的风向。e风向区域：所记录的风向都是某一风速在该区域的瞬时采样值。风向区域分16等分时，每个扇形区域含21.5°；也可以采用多少度来表示风向。f气温：每5min采样并记录采集现场的环境温度，℃。g相对湿度：每5min采样并记录采集现场的环境湿度，h气压：每5min采样并记录采集现场的气压，hPa。3）测量仪器测风仪器在现场安装前应经计量部门检验合格，在有效期内使用。ａ风速传感器：测风传感器应通过气象计量部门的检验，使用期间免维护，无需用户做参数标定，包括风速、风向等。测量范围:0m/s～60m/s测量精度:±0.5m/s(3m/s～30m/s)工作环境温度:满足当地气温条件响应特性距离常数：5m。ｂ风向传感器：测量范围:0～360°测量精度:1.5°工作环境温度:满足当地气温条件ｃ温度计：测量范围:-40℃～+50℃测量精度:±1℃ｄ湿度计：测量范围:0～100%RH测量精度:±3%RH工作环境温度:满足当地气温条件ｄ压力计：测量范围:60kPa～110kPa测量精度:±0.3hPa工作环境温度:满足当地气温条件4）测风塔设备及安装ａ测风塔塔架测风塔结构可选择桁架型或圆管型等不同形式，并应便于其上安装的测风仪器的维修。ｂ基础测风塔无论采用何种结构形式，在当地50年一遇风载时，都不应由于基础（包括地脚螺栓、地锚、拉线等）承载能力不足而造成测风塔整体倾斜或倒塌。ｃ防雷测风塔顶部应有避雷装置，接地电阻不应大于4Ω。ｄ安全标志测风塔应悬挂有“请勿攀登”的明显安全标志。测风塔位于航线下方时，应根据航空部门的要求决定是否安装航空信号。在有牲畜出没的地方，应设防护围栏。5）测风传感器数量测风塔上应安装至少包括10m、70m及轮毂高度的风速、风向传感器，若还有其他高度可选择10m的整数倍高度安装。6）安装测风传感器应固定在析架式结构测风塔直径的3倍以上、圆管型结构测风塔直径的6倍以上的牢固横梁处，迎主风向安装（横梁与主风向成90°），并进行水平校正。风向标应根据当地磁偏角修正，按实际“北”定向安装。安装数据采集器时，数据采集安装盒应固定在测风塔上适当位置处，或者安装在现场的临时建筑物内；安装盒应防水、防冻、防腐蚀、防沙尘。投标方根据风场所处的地形、地貌及气候环境提出有针对性的安装方法和相应的防护措施。A、温度计温度计应安装在近地高层百叶箱内。B、湿度计湿度计应安装在近地高层百叶箱内。C、压力计压力计应安装在近地高层处。设备供应商负责现场交付所有设备；提供设备基础设计要求；并配合协助完成接地安装和现场调试。7）历史数值天气预报历史数值天气预报数据应与历史功率数据相对应，时间分辨率应为15min，应包括至少三个不同层高的风速和风向以及气温、气压、湿度等参数。8）风电机组信息风电机组信息应包括机组类型、单机容量、轮毂高度、叶轮直径、功率曲线、并网时间、位置（经、纬度）等。9）风电机组及风电场运行状态（参数由招标方提供）风电机组及风电场运行状态数据应包括风电机组故障及人为停机记录、风电场开机容量和限电记录。10）地形地貌数据（参数由招标方提供）ａ地形数据应为CAD文件，包括对风电场区域内10km范围地势变化的描述。ｂ地貌数据应通过实地勘测或卫星地图获取，包括对风电场区域内20km范围内粗糙度的描述。1.1.9.4数据采集与处理风电场功率预测系统实时运行需要的数据应包括数值天气预报数据、测风塔实时测风数据、风电场实时功率数据和机组状态数据。1）实时数据的采集a所有数据的采集应能自动完成，并支持通过手动方式补充录入；b测风塔实时数据时间延迟应小于5min，其余实时数据的时间延迟应小于1min；c测风塔至风电功率预测系统的实时测风数据传送时间间隔应不大于5min；d测风塔数据可用率应大于99％。；e风电场实时功率数据的采集中期应不大于1min，数据应取自风电场计算机监控系统。f风电场机组状态数据的采集周期应不大于15min，应通过电力调度数据网由风电场计算机监控系统上传。2）数据的处理所有数据存入数据库前应进行完整性及合理性检验，并对缺测和异常数据进行补充和修正。a数据完整性检验应满足：数据的数量应等于预期记录的数据数量；数据的时间顺序应符合预期的开始、结束时间，中间应连续。b数据合理性检验应满足：对功率、数值天气预报、测风塔等数据进行越限检验，可手动设置限值范围；对功率的变化率进行检验，可手动设置变化率限值；对功率的均值及标准差进行检验；对测风塔不同层高数据进行相关性检验；根据测风数据与功率数据的关系对数据进行相关性检验。c缺测和异常数据应按下列要求处理：以前一时刻的功率数据补全缺测的功率数据；以装机容量替代大于装机容量的功率数